DE102010006042A1

DE102010006042A1 - Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems

Info

Publication number: DE102010006042A1
Application number: DE102010006042A
Authority: DE
Inventors: Thomas 89143 Rauner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems (1) mit einem Aktivkohlefilter (14), der in einer Beladungsphase Kohlenwasserstoffdämpfe adsorbiert, dischluft desorbiert werden. Um die Eigenschaften des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems im Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Betrieb eines Hybridfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs mit einer Start-Stopp-Automatik, weiter zu verbessern, wird die Temperatur des Aktivkohlefilters (14) in der Regenerationsphase erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems mit einem Aktivkohlefilter, der in einer Beladungsphase Kohlenwasserstoffdämpfe adsorbiert, die in einer Regenerationsphase durch Spülen mit Frischluft desorbiert werden.
Aus dem vorveröffentlichten Stand der Technik, wie er zum Beispiel in den Druckschriften US 5,957,113 , US 5,386,811 , US 4,919,103 , US 4,732,588 , US 4,598,686 , JP 2007239641 A , JP 2003314384 A , JP 60006061 A , JP 55149622 A und EP 0 656 470 A1 offenbart ist, sind vielfältige Maßnahmen bekannt, um die Eigenschaften von Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen im Betrieb von Kraftfahrzeugen zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems im Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Betrieb eines Hybridfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs mit einer Start-Stopp-Automatik, weiter zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems mit einem Aktivkohlefilter, der in einer Beladungsphase Kohlenwasserstoffdämpfe adsorbiert, die in einer Regenerationsphase durch Spülen mit Frischluft desorbiert werden, dadurch gelöst, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters in der Regenerationsphase erhöht wird. Durch ein gezieltes Zuführen von Wärme in der Regenerationsphase wird die Desorption gefördert. Dadurch kann die Wirksamkeit des Aktivkohlefilters, insbesondere in kritischen Betriebszuständen, deutlich verbessert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters in der Beladungsphase verringert wird. Durch gezieltes Abführen von Wärme in der Beladungsphase wird die Adsorption begünstigt. Dadurch kann die Wirksamkeit des Aktivkohlefilters, insbesondere in kritischen Betriebszuständen, deutlich verbessert werden. Besonders bevorzugt werden die beiden vorab beschriebenen Maßnahmen in der Regenerationsphase und in der Beladungsphase kombiniert durchgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der Regenerationsphase dem Aktivkohlefilter zum Spülen zugeführte Frischluft erwärmt wird, um die Temperatur des Aktivkohlefilters zu erhöhen. Zum Erwärmen der Frischluft kann zum Beispiel eine innere Heizwendel oder eine äußere Heizmatte verwendet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter in der Regenerationsphase durch Zuführen von Heißluft erwärmt wird, um die Temperatur des Aktivkohlefilters zu erhöhen. Die Heißluft kann dem Aktivkohlefilter an einer Stelle oder an mehreren Stellen zugeführt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters mit Hilfe eines Peltier-Elements in der Regenerationsphase erhöht und in der Beladungsphase verringert wird. Als Peltier-Element wird ein elektrothermischer Wandler bezeichnet, der basierend auf dem so genannten Peltier-Effekt bei Stromfluss eine Temperaturdifferenz oder bei Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter mit Hilfe des Peltier-Elements in einem ersten Betriebszustand in einer ersten Kammer regeneriert und in einer zweiten Kammer beladen wird. Dabei wird Wärme aus der zweiten Kammer abgeführt und in die erste Kammer zugeführt. Das Abführen der Wärme begünstigt die Absorption der Kohlenwasserstoffe in der zweiten Kammer, während die Zuführung von Wärme die Desorption der Kohlenwasserstoffe in der ersten Kammer fördert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter mit Hilfe des Peltier-Elements in einem zweiten Betriebszustand in der ersten Kammer beladen und in der zweiten Kammer regeneriert wird. Im zweiten Betriebszustand sind die vorab beschriebenen Funktionen der beiden Kammern vertauscht, und das Peltier-Element wird elektrisch umgepolt.
Bei einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, das insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass der Aktivkohlefilter mindestens zwei Kammern umfasst, die durch mindestens ein Peltier-Element thermisch miteinander gekoppelt sind. Die beiden Kammern stehen direkt, oder indirekt über eine weitere Kammer, mit einem Frischluftanschluss in Verbindung. Darüber hinaus sind die beiden Kammern mit einem Saugrohr eines Motors oder mit einem Kraftstofftank verbindbar.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Kammer in Reihe zu den beiden thermisch durch das Peltier-Element miteinander gekoppelten Kammern geschaltet ist. Die ersten beiden Kammern sind vorzugsweise parallel geschaltet. Die dritte dazu in Reihe geschaltete Kammer dient vorzugsweise dazu, Kriechströme aufzufangen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten beiden Kammern durch eine Ventileinrichtung abwechselnd entweder mit einem Motor oder einem Kraftstofftank verbindbar sind. Die Ventileinrichtung ist zum Beispiel als 4/2-Wegeventil mit einem Tankanschluss und einem Motoranschluss und zwei Anschlüssen für die ersten beiden Kammern ausgeführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems, das gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben wird;
2 ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Peltier-Element in einem ersten Betriebszustand und
3 das Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem aus 2 in einem zweiten Betriebszustand.
In 1 ist ein Motorsaugrohr 1 angedeutet, durch das einem Motor eines Kraftfahrzeugs Luft beziehungsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, wie durch einen Pfeil 2 angedeutet ist. In dem Motorsaugrohr 1 ist eine Drosselklappe 4 angeordnet. In 1 sieht man des Weiteren ein mit einem Befüllrohr 6 und einer Kraftstoffleitung 7 ausgestatteten Kraftstofftank 8. Durch einen Pfeil 9 ist angedeutet, dass der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 8 dem Motor, insbesondere einem Vergaser, zugeführt wird.
Dem Kraftstofftank 8 ist ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 10 mit einem Aktivkohlefilterbehälter 12 zugeordnet, in welchem ein Aktivkohlefilter 14 angeordnet ist. Der Aktivkohlefilterbehälter 12 ist über eine Motoranschlussleitung 16, in der ein Tankentlüftungsventil 18 angeordnet ist, mit dem Motorsaugrohr 1 verbindbar. Über eine Tankanschlussleitung 20 ist der Aktivkohlefilterbehälter 12 an den Kraftstofftank 8 angeschlossen. Darüber hinaus weist der Aktivkohlefilterbehälter 12 einen Frischluftanschluss 22 auf.
Durch einen Pfeil 25 ist in 1 angedeutet, dass beim Betanken Kraftstoff über das Befüllrohr 6 in den Kraftstofftank 8 eingefüllt wird. Dabei wird, wie durch einen weiteren Pfeil 26 angedeutet ist, Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank 8 über die Tankanschlussleitung 20 in den Aktivkohlefilter 11 verdrängt. Dadurch wird der Aktivkohlefilter 14 mit Kraftstoffdämpfen, insbesondere mit Kohlenwasserstoffdämpfen, beladen, was auch als Beladungsphase bezeichnet wird. Durch einen weiteren Pfeil 27 ist angedeutet, dass gefilterte Luft an dem Frischluftanschluss 22 austreten kann.
In einer Regenerationsphase wird der Aktivkohlefilter 14 mit Frischluft gespült, die über den Frischluftanschluss 22 zugeführt wird, wie durch einen weiteren Pfeil 28 angedeutet ist. Die Frischluft wird in einer dem Beladen entgegengesetzten Richtung durch den Aktivkohlefilter 14 geleitet. Dabei nimmt die Frischluft die in den Aktivkohlefilter 14 angelagerten Kohlenwasserstoffe wieder auf. Die treibende Kraft beziehungsweise die Druckdifferenz zur Spülung liefert der Motor, der das Kohlenwasserstoff-Luft-Gemisch ansaugt und verbrennt, wie durch einen weiteren Pfeil 29 angedeutet ist.
Zur Regeneration des Aktivkohlefilters 14 eignen sich im Besonderen Betriebszustände mit hoher Drosselung, die einen geringeren Saugrohrdruck zur Folge haben. Gerade diese Motor-Betriebszustände entfallen aber in einem Hybrid-Fahrzeug, da der Verbrennungsmotor gerade in diesen Phasen oft abgeschaltet wird. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden Maßnahmen bereitgestellt, die insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen in kritischen Phasen oder Betriebszuständen, in denen der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, eine ausreichende Spülung/Regeneration des Aktivkohlefilters 14 ermöglichen.
Durch einen Pfeil 31 ist in 1 angedeutet, dass dem Aktivkohlefilter 14 während der Regenerationsphase gezielt Wärme zugeführt wird, um die Temperatur im Aktivkohlefilter 14 zu erhöhen. Dadurch kann die Qualität der Spülung verbessert werden. Durch die zugeführte Wärme 31 wird die Desorption begünstigt. Die zugeführte Wärmeenergie ist proportional zur Regenerations-Effizienz.
Die Wärme 31 kann zum Beispiel mittels Heißluft zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine innere Heizwendel verwendet werden, um den Aktivkohlefilter 14 insbesondere in einem mittleren Bereich zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Heizmatte außen an dem Aktivkohlefilterbehälter 12 angebracht werden. Um den Wärmeverlust über den Aktivkohlefilterbehälter 12 zu verringern, kann dieser gegenüber der Umgebung wärmeisoliert werden.
Durch einen weiteren Pfeil 32 ist in 1 angedeutet, dass der Beladungsvorgang des Aktivkohlefilters 14 optimiert wird, indem die Wärme, die beim Beladen durch exotherme Adsorption entsteht, abgeführt wird. Die spezifische Aufnahmekapazität des Aktivkohlefilters 14 ist umgekehrt proportional zur Temperatur. Bei geringeren Temperaturen kann der Aktivkohlefilter 14 mehr Kohlenwasserstoff-Moleküle adsorbieren. Durch das Abführen der Wärme 32 vergrößert sich die Arbeitskapazität des Aktivkohlefilters 14.
In den 2 und 3 ist ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 40 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem eine erste Kammer 41, die einen ersten Aktivkohlefilter umfasst, über ein Peltier-Element 45 mit einer zweiten Kammer 42 thermisch gekoppelt ist, die einen zweiten Aktivkohlefilter umfasst. Die beiden Kammern 41 und 42 stellen gemeinsam einen kombinierten Aktivkohlefilter dar und sind parallel zueinander geschaltet. Über das Peltier-Element 45 sind die beiden Kammern 41 und 42 thermisch miteinander verbunden.
Die beiden Kammern 41, 42 sind über jeweils eine Verbindungsleitung 48, 49 an eine Ventileinrichtung 50 angeschlossen. Die Ventileinrichtung 50 ist als 4/2-Wegeventil ausgeführt, an das eine Motoranschlussleitung 51 und eine Tankanschlussleitung 52 angeschlossen ist.
In der in 2 dargestellten Schaltstellung der Ventileinrichtung 50 ist die erste Kammer 41 mit der Motoranschlussleitung 51 verbunden. Die zweite Kammer 42 ist über die Verbindungsleitung 48 mit der Tankanschlussleitung 52 verbunden.
In der in 3 dargestellten Schaltstellung der Ventileinrichtung 50 ist die erste Kammer 41 über die Verbindungsleitung 47 mit der Tankanschlussleitung 52 verbunden. Die zweite Kammer 42 ist über die Verbindungsleitung 48 mit der Motoranschlussleitung 51 verbunden.
Die erste Kammer 41 steht über eine Verbindungsleitung 55 mit einer dritten Kammer 60 in Verbindung. Die zweite Kammer 42 steht über eine Verbindungsleitung 56 ebenfalls mit der dritten Kammer 60 in Verbindung. Die dritte Kammer 60 weist einen Frischluftanschluss 58 auf.
In 2 ist ein erster Betriebszustand dargestellt, in welchem die erste Kammer 41 mit Frischluft gespült wird. Parallel dazu wird die zweite Kammer 42 beladen. Durch einen Pfeil 61 ist angedeutet, dass die Wärme, die in der zweiten Kammer 42 durch Adsorption entsteht, dort abgeführt und der ersten Kammer 41 zugeführt wird.
Durch die Wärmezufuhr steigt eine Temperatur 63 in der ersten Kammer 41. Gleichzeitig verringert sich durch die Wärmeabfuhr eine Temperatur 64 in der zweiten Kammer 42. Durch die höhere Temperatur 63 wird die Desorption in der ersten Kammer 41 gefördert. Gleichzeitig wird durch die geringere Temperatur 64 in der zweiten Kammer 42 die Aufnahmefähigkeit der Aktivkohle begünstigt.
In 3 sind die Rollen der parallel geschalteten Kammern 41, 42 umgekehrt. Die zweite Kammer 42 wird regeneriert, während der Aktivkohlefilter 14 in der ersten Kammer 41 Kohlenwasserstoff-Moleküle adsorbiert.
Im zweiten Betriebszustand wird das Peltier-Element 45 elektrisch umgepolt. Somit ändert sich die Richtung des Wärmestroms, wie durch einen Pfeil 66 in 3 angedeutet ist. Dadurch sinkt eine Temperatur 67 in der ersten Kammer 41, während eine Temperatur 68 in der zweiten Kammer 42 steigt.
Ein Zustandswechsel zwischen den beiden Betriebszuständen in den 2 und 3 kann zum Beispiel über ein Signal von Temperaturelementen eingeleitet werden, die zum Beispiel in einem bestimmten Abstand zur Frischluftseite eingesetzt werden.
Die dritte Kammer 60 ist so in Reihe zu den beiden Kammern 41, 42 geschaltet, dass Kriechströme aufgefangen werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Kammern 41, 42, 60 mit einer thermischen Isolierung versehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5957113 [0002]
US 5386811 [0002]
US 4919103 [0002]
US 4732588 [0002]
US 4598686 [0002]
JP 2007239641 A [0002]
JP 2003314384 A [0002]
JP 60006061 A [0002]
JP 55149622 A [0002]
EP 0656470 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems (1; 40) mit einem Aktivkohlefilter (14), der in einer Beladungsphase Kohlenwasserstoffdämpfe adsorbiert, die in einer Regenerationsphase durch Spülen mit Frischluft desorbiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters (14) in der Regenerationsphase erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters (14) in der Beladungsphase verringert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Regenerationsphase dem Aktivkohlefilter (14) zum Spülen zugeführte Frischluft erwärmt wird, um die Temperatur des Aktivkohlefilters (14) zu erhöhen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter (14) in der Regenerationsphase durch Zuführen von Heißluft erwärmt wird, um die Temperatur des Aktivkohlefilters (14) zu erhöhen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Aktivkohlefilters mit Hilfe eines Peltier-Elements (45) in der Regenerationsphase erhöht und in der Beladungsphase verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter mit Hilfe des Peltier-Elements (45) in einem ersten Betriebszustand (2) in einer ersten Kammer (41) regeneriert und in einer zweiten Kammer (42) beladen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter mit Hilfe des Peltier-Elements (45) in einem zweiten Betriebszustand (3) in der ersten Kammer (41) beladen und in der zweiten Kammer (42) regeneriert wird.
Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, das insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivkohlefilter mindestens zwei Kammern (41, 42) umfasst, die durch mindestens ein Peltier-Element (45) thermisch miteinander gekoppelt sind.
Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Kammer (60) in Reihe zu den beiden thermisch durch das Peltier-Element (45) miteinander gekoppelten Kammern (41, 42) geschaltet ist.
Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten beiden Kammern (41, 42) durch eine Ventileinrichtung (50) abwechselnd entweder mit einem Motor oder einem Kraftstofftank verbindbar sind.